液冷板位于电芯和冷却回路之间,需要同时做好三件事:高效传热、绝不漏液、承受十年的振动和温度循环。决定一块液冷板能否做好这三件事的最关键变量,就是铝板之间是如何连接的。

目前商用车液冷板大多仍采用钎焊工艺 — 即在 600°C 以上让填充金属在两层铝板间融化流动并形成连接。这种工艺成本低、技术成熟,在很多场景中也确实够用。但对于高循环工况的商用电动车电池 — 重卡、矿卡、每天 1-2 次循环的储能系统 — 钎焊的局限性会迅速显现。搅拌摩擦焊 (FSW) 正是越来越多客户选择的替代工艺,两者的性能差异并不细微。

为什么连接工艺比想象中更关键

液冷板本质上是两层铝板夹着冷却液流道。两块板之间的连接,是整个电池热管理系统的单点失效源。

一旦连接失效:冷却液漏入电池箱体(灾难性事件);压降变化打乱整个冷却回路;失效点产生热点,带来热失控风险。

连接质量同样决定了整包温度均匀性。温差 ±1°C 的电池包寿命比 ±5°C 的多保留 30-40% 容量 — 而流道几何精度正是温度均匀性的来源。

钎焊工艺的特点

铝合金液冷板钎焊使用 Al-Si 系填充合金 (典型 4045 或 4343),夹在两层铝板之间,在 600-615°C 控制气氛炉中加工。填料融化、毛细流入接缝、随冷却凝固成接头。

做得好时,钎焊能以低成本生产强度足够的接头。但存在以下挑战:

•热影响区软化 — 600°C 远高于 6000 系铝合金 (常用电池箱体材料) 的析出强化温度。母材在热影响区强度下降 30-40%。

•填料孔隙 — 夹带的助焊剂气体在接头中形成微孔,虽然不会立即漏液但会成为疲劳起始点。

•热变形 — 整个组件一起加热冷却,1 米以上的大型液冷板变形不可控,需要焊后整平。

•良率 — 中等复杂度电池液冷板的行业平均良率为 92-95% (返修前)。

对于温和气候、每天一次循环的乘用车电动车,这些都不成大问题。但对每天 2-3 次深循环、运行 10 年以上的商用车、矿用车或储能,疲劳寿命就成为主要矛盾。

搅拌摩擦焊的工作原理

FSW 不熔化铝。一个非消耗性旋转工具 (通常是工具钢或硬质合金) 插入两块铝板的对接缝,沿焊缝行进。工具与铝材摩擦产生热量,使金属升至熔点的约 80% — 足够软化挤出和搅动,但不会液化。工具肩部把搅动后的金属在身后压实,留下一道完全冶金结合、完全固态的接头。

结果是一个与母材结构上无法区分的接头。无热影响区软化。无孔隙。无填料污染。周围铝板无热变形。

对一块 1 米长的液冷板,经过 10 年热循环之后:钎焊接头典型漏率 1-3%,FSW 接头典型漏率小于 0.1%。这些数据来自加速寿命测试 (1000 次 -40°C 至 +85°C 循环,5 bar 压力脉冲)。30 倍的长期漏率改善,正是商用车和储能客户愿意为 FSW 投资的关键。

FSW 的代价

诚实的取舍:

•设备投资 — 一台电池级 FSW 专机 40-120 万美元,同等产能钎焊炉 20-60 万美元。

•节拍 — 高速量产时 FSW 单焊缝时间是钎焊的 2-3 倍,但随机器设计进步差距在缩小。

•工具消耗 — FSW 工具需要更换 (取决于合金,每 5000-15000 米焊缝),钎焊无对应消耗品。

•设计限制 — FSW 需要焊缝背面有支撑,且接近顶部需畅通。某些复杂 3D 液冷板几何不能用 FSW。

商用车和储能场景中,设备成本可在长生命周期内摊销,漏率优势完全证明投资合理。低批量特殊应用,钎焊仍是合理选择。

选择 FSW 液冷板供应商的核验项

并非每个声称 "FSW" 的供应商都做得好。建议核验:

1. 设备数量和型号

真正的 FSW 量产用专用 FSW 机器,不是改装 CNC。可关注品牌:ESAB FSW、MTS、Bond Technologies、国产大恒 DH-FSW 系列。型号代表焊深能力 — DH-FSW-1825A 可处理 25mm 厚度。

2. 在线漏检工艺

产线级 5 bar 以上空气衰减检测,亚 ppm 灵敏度。线下抽检无法发现批量缺陷。

3. 可追溯性

每块液冷板应可追溯到具体 FSW 机台、工具序列号、参数集和操作员。IATF 16949 必备,也是供应商成熟度的指标。

4. 焊后尺寸控制

FSW 不会变形周围板,但量产一致性仍重要。看是否做在线全检平面度扫描,而非批量后抽检。

5. 加速寿命测试数据

成熟供应商会提供独立第三方实验室 (TÜV、SGS) 的 ALT 报告。

在整车厂采购体系中的位置

商用电动车整车厂的供应商认证流程通常是:1) PPAP 样件提交、2) 含温度/压力循环的实验室测试、3) 试制车队场试、4) 批量爬坡。FSW 供应商一般比钎焊供应商更快通过 PPAP,因为接头质量数据批次间稳定。场试数据也一致 — FSW 接头的售后失效远少于钎焊。

储能系统集成商的逻辑类似,但驱动因素是 15-20 年项目周期内的总拥有成本。运营方用经验认识到液冷板失效是 ESS 售后成本的最大单项,在大规模储能项目中提前指定 FSW 液冷板 — 即便单价更高 — 通常 5 年内即可回本。

科源的 FSW 能力

关于量产级 FSW 的实际样貌:科源在安丘工厂运行 2 台 Dahenergy DH-FSW-1825A 专机,配合自动焊前边缘预处理、5 bar 在线空气衰减漏检、100% 批次级追溯,全部纳入 IATF 16949:2016 体系。LCP-1P52S、LCP-1P104S 以及 LC H/G/C 系列产品全部采用 FSW 工艺。公开数据:返修前良率 >99.5%,5 年生产数据中场失效率 <0.05%。

如果您正在评估液冷板供应商,希望讨论具体的漏检数据、ALT 报告、量产工艺审核 — 欢迎联系。